Ученые Пермского Политеха изучили «поведение» легкого материала для теплоизоляции зданий
Сегодня для обеспечения теплоизоляции наружных стен зданий часто применяют альтернативные материалы. Одним из них являются аэрогели из кремнезема. Они безопасны, водонепроницаемы и отличаются минимальной плотностью. Ученые Пермского Политеха провели численное моделирование «поведения» конструкций с аэрогелевыми листами в доме. Это позволит улучшить технические характеристики изоляции и снизить затраты на ее изготовление. Работа выполнена в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Результаты исследования разработчики опубликовали в журнале «Вестник ПНИПУ. Construction and geotechnics». – Увеличивать толщину ограждающих конструкций зданий нецелесообразно, это требует дополнительных затрат и может привести к архитектурному дисбалансу. Поэтому в качестве одного из перспективных материалов для изоляции используют аэрогели из кремнезема. Такие материалы также могут быть в виде высушенных гелей, которые обладают большой пористостью, малой плотностью и высокими изоляционными качествами, – рассказывает руководитель проекта, доцент кафедры технических дисциплин Лысьвенского филиала Пермского Политеха по направлению «Строительство», кандидат технических наук Александр Сиянов. По словам ученых, аэрогели производят на основе тетраметоксисилана и метанола, которые помещают в стакан с магнитным шариком. Под действием генератора из них получается однородная смесь. Далее в нее добавляют воду, метанол и гидрат аммиака, в результате образуется гель. Смесь заливают в формы с метанолом и оставляют на некоторое время. Затем метанол испаряется, а смесь быстро твердеет. Силикагель в течение 7 дней вымачивают в метаноловых ваннах, а затем сушат, извлекая жидкие компоненты. В результате образуется легкий и твердый материал с большим количеством мелких пор. Это обеспечивает его высокие физические и тепловые характеристики. Чтобы придать материалу необходимую несущую способность, его добавляют в волокнистую структуру. В частности, материал используют в виде гибкого аэрогелевого листа толщиной 10 мм. Он обеспечивает в 3 раза более эффективную «защиту» зданий, чем традиционные материалы. Им можно утеплять наиболее «холодные» участки зданий. Затраты на производство аэрогеля в 10 раз ниже аналогов, и он также безопасен для здоровья. Материал можно использовать многократно, он подходит для холодного и жаркого климата. – При применении аэрогелей необходимо учитывать различные факторы и режимы их взаимодействия с другими конструкциями здания. Мы провели эксперимент на модели помещения с аэрогелевой изоляцией с помощью численного компьютерного моделирования. Этапы получения материалов с необходимыми параметрами мы расположили в технологическую последовательность, которая отражает их физические и тепловые свойства. Далее мы вычислили излучение между взаимно расположенными поверхностями и выяснили, как изменяется температура с течением времени, – поясняет исследователь. Разработчики изучили обмен различных поверхностей энергией с учетом их размера, ориентации в пространстве и расстояния между ними. Наружная температура конструкции, окруженной теплоизоляцией, была 18,3 °C, а внутренняя – 26,1 °C. Толщина стен составила 30 см, стекол – 3 и 4 мм. Двери, крыша и пол помещения также были изолированы аэрогелевым листом. Результаты эксперимента показали, что аэрогелевые листы можно применять не только в несущих и ограждающих конструкциях, но и в других элементах зданий. Они обладают низкой плотностью и обеспечивают высокий уровень теплоизоляции. По словам ученых, это позволит снизить потребление энергии.